Jurnal Tentang Pembuatan Keramik [PDF]

Citation preview

Pengaruh Penambahan Al2O3 Terhadap Sifat Fisis dan Mekanis Dalam Pembuatan Keramik Berbasis Bentonit dan Glass Bead Nurdina1), Zuriah Sitorus1), Eko Arief Setiadi2), Perdamean Sebayang2) 1)



Departemen Fisika, Universitas Sumatera Utara Kampus Padang Bulan, Medan, 20155 2) Pusat Penelitian Fisika, Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia Kawasan Puspitek, Tanggerang Selatan, 15314 Email : [email protected]



ABSTRAK Telah dilakukan pembuatan keramik berbasis bentonit dan glass bead dengan penambahan Al2O3 dalam %berat. Proses preparasi bahan menggunakan metode metalurgi serbuk dengan komposisi bentonit : glass bead : Al2O3 adalah 50:50:0 ; 45:45:10 ; 40:40:20 ; 35:35:30 %berat dan campuran serbuk tersebut kemudian digiling basah dengan media toluena menggunakan HEM selama 2 jam. Sampel serbuk kemudian dikeringkan didalam oven pada suhu 100oC selama 24 jam. Selanjutnya serbuk dicetak tekan dengan tekanan 80 kgf/cm2 pada suhu ruang menjadi pelet dengan diameter 16 mm, tebal 6 mm, dan massanya 2,5 gram. Sampel pelet kemudian disintering hanya pada suhu 900oC dengan penahanan selama 4 jam dan dilakukan pengujian sifat fisis yaitu densitas, porositas, dan water absorption dengan prinsip Archimedes serta sifat mekanis yaitu kekerasan dengan metode Hardness Vickers (HV). Hasil pengujian menunjukkan nilai densitas dan kekerasan cenderung semakin meningkat sedangkan nilai porositas dan water absorption cenderung semakin menurun dengan penambahan Al2O3 yang semakin banyak. Kondisi optimum diperoleh pada penambahan 30 %berat Al2O3 yang menghasilkan nilai densitas 2,39 gr/cm³, porositas 5,57 %, water absorption 2,46 %, dan kekerasan 631,76 kgf/mm². Berdasarkan hasil ini, sampel berpotensi untuk diaplikasikan sebagai keramik ubin yang merupakan jenis keramik konstruksi. Kata Kunci : Al2O3, Keramik, Kekerasan, Sifat fisis



PENDAHULUAN



kimia Al2O3.4SiO2.H2O. Bentonit bersifat plastis,



Pada masa sekarang hampir sebagian besar



mempunyai daya serap yang baik, kaku setelah



kebutuhan dipenuhi oleh produk keramik. Dengan



dikeringkan, dan bersifat kaca setelah dibakar pada



memanfaatkan potensi sumber daya alam seperti



temperatur yang cukup tinggi. Dalam pembuatan



lempung, feldspar, kaolin dan pasir silika yang



keramik, bentonit berfungsi sebagai badan keramik



tersebar di berbagai daerah di Indonesia, industri



yang mempunyai densitas 2,7 gr/cm3 dan titik lebur



keramik terus berkembang. Istilah keramik berasal



1250oC [2]. Glass bead berbentuk butiran kaca,



dari bahasa Yunani yaitu keramos yang artinya



transparan dan keras, tahan terhadap air dan bahan



lempung atau tanah liat yang telah mengalami



kimia serta kandungan dominannya SiO2. Glass



proses pembakaran. Keramik mempunyai sifat-sifat



bead berfungsi sebagai bahan pengisi untuk badan



yang baik seperti kuat, keras, stabil pada suhu



keramik yang mempunyai densitas 2,5 gr/cm3, titik



tinggi dan tidak korosif sehingga cocok digunakan



lebur 720oC, dan kekerasan 6,5 mohs [3].



I.



untuk bahan bangunan [1]. Lempung (clay), SiO2, dan



Al2O3



merupakan



bahan



yang



banyak



digunakan dalam pembuatan keramik.



Alumina (Al2O3) merupakan oksida keramik yang sangat kuat dan keras, memiliki sifat isolasi yang baik, tahan terhadap korosi, mempunyai titik



Bentonit merupakan jenis lempung (clay) yang



lebur yang tinggi yaitu mencapai 2050oC, densitas



mengandung 85% mineral montmorilonit dan



3,96 g/cm3 dan kekerasan 1200 – 1600 kgf/mm2



sisanya antara lain kristobalit, feldspar, kalsit,



[4].



gipsum, kaolinit, plagioklas, dan illit dengan rumus



pertumbuhan butiran yang tidak normal pada suhu



Keramik



alumina



dikenal



memiliki



tinggi, dimana pertumbuhan ini akan menyebabkan



Kemudian sampel serbuk dikeringkan didalam



adanya butiran mikrostruktur yang tidak seragam



oven pada suhu 100oC selama 24 jam lalu



dapat menurunkan kualitas dari keramik alumina



dikompaksi dengan die pressing pada tekanan 80



tersebut.



untuk



kgf/cm2 pada suhu ruang. Kemudian sampel pelet



mengurangi temperatur sintering keramik alumina



disintering hanya pada suhu 900oC selama 4 jam



yaitu memperkecil ukuran butiran hingga ukuran



dengan laju pemanasan 10oC/menit dan dilakukan



nano atau dengan menambahkan bahan aditif yang



pengujian sifat fisis yaitu densitas, porositas, water



memiliki titik lebur yang lebih rendah dari alumina.



absorption dan pengujian sifat mekanis yaitu



Bahan aditif seperti SiO2 ditambahkan untuk



kekerasan (Hardness Vickers).



Beberapa



cara



digunakan



menahan pertumbuhan butiran yang tidak normal tersebut. Penambahan SiO2 pada keramik alumina dapat



membentuk



fasa



cair



Bentonit



Al2O3



Glass bead



sehingga



memungkinkan perbaikan densifikasi pada keramik



Milling



alumina [5]. Lempung (clay) terdiri dari mineral-mineral



Pengeringan



kalium, natrium dan kalsium yang berfungsi sebagai pelebur sehingga menurunkan suhu bakar



Kompaksi



keramik. Silika (SiO2) berfungsi sebagai pengisi atau



pembentuk



mengurangi



badan



susut.



keramik



Alumina



sehingga



mengontrol



Sintering



dan



mengimbangi pelelehan sehingga memberikan kekuatan pada badan keramik [6]. Sehingga dalam



Pengujian



pembuatan keramik berbasis bentonit dan glass bead ini, dengan adanya penambahan Al2O3 diharapkan



keramik



yang



dihasilkan



dapat



memiliki sifat fisis dan mekanis yang optimum.



II. METODOLOGI PENELITIAN



Sifat Fisis : densitas, porositas, water absorption



Sifat Mekanis : Kekerasan



Gambar 1. Diagram alir pembuatan keramik



Bahan yang digunakan serbuk bentonit, glass bead, dan Al2O3 yang berukuran mikro dan



III. HASIL DAN PEMBAHASAN



merupakan bahan teknis serta preparasi bahan



Pengujian sifat fisis dan mekanis untuk



dalam pembuatan keramik menggunakan metode



keramik berbasis bentonit dan glass bead dengan



metalurgi serbuk.



penambahan 0, 10, 20, dan 30 (wt%) Al2O3 yang



Serbuk di mixing dengan komposisi bentonit :



telah dimilling dengan HEM selama 2 jam dan



glass bead : Al2O3 sebanyak 50:50:0 ; 45:45:10 ;



disintering hanya pada suhu 900oC selama 4 jam



40:40:20 ; 35:35:30 wt% lalu di wet milling dengan



adalah sebagai berikut :



media cairan toluena dimana perbandingan powder



a. Densitas



: ball mill sebesar 1:10 (wt%) atau 12:120 gram



Pengukuran densitas dilakukan berdasarkan



dan di milling selama 2 jam menggunakan High



prinsip



Archimedes



(ASTM



Energy Milling (HEM).



ditunjukkan pada gambar 2.



C373-88)



dan



Dari gambar 2, 3, dan 4 menunjukkan bahwa



Bulk density ((g/cm³)



2.5 2.4



semakin banyak penambahan Al2O3 menyebabkan



2.39



2.38



2.36



kenaikan nilai densitas sedangkan nilai porositas 2.3



dan water absorption mangalami penurunan.



2.2



Sehingga densitas memiliki korelasi berbanding



2.16 2.1



terbalik dengan porositas dan water absorption, dimana sampel yang cenderung padat memiliki



2.0 0



10



20



30



pori yang semakin kecil sehingga menyerap air



Komposisi Al₂O₃ (wt%)



Gambar 2. Hubungan antara densitas bentonit dan



lebih sedikit. Fenomena ini menunjukkan bahwa saat proses



glass bead terhadap penambahan Al2O3.



sintering, energi berupa panas mengaktifkan proses difusi antara butiran sehingga terjadi pertumbuhan



b. Porositas Pengukuran porositas dilakukan berdasarkan prinsip



Archimedes



(ASTM



C373-88)



dan



akibatnya terjadi proses densifikasi atau pemadatan yang diikuti dengan penyusutan volum tetapi tidak



ditunjukkan pada gambar 3.



diikuti perubahan massa [7]. Bahan keramik yang



11



dibuat memiliki nilai densitas antara 2,16 - 2,39



9.82



10



Porositas (%)



butir dan eliminasi pori yang ada diantara butir,



g/cm3, nilai porositas antara 5,57 - 9,82 % dan nilai



9



water absorption antara 2,46 - 5,01 %.



8 7.02 7



6.17 5.57



6



d. Kekerasan Pengujian kekerasan dilakukan dengan metode



5 0



10 20 Komposisi Al₂O₃ (wt%)



30



Vickers



menggunakan



Microhardness



Tester.



Gambar 3.Hubungan antara porositas bentonit dan



Dalam pengujian kekerasan ini, sampel diberikan



glass bead terhadap penambahan Al2O3.



beban gaya sebesar 300 gram force dengan waktu penahanan selama 13 sekon.



c. Water absorption water



700



absorption



dilakukan



berdasarkan prinsip Archimedes (ASTM C373-88) dan ditunjukkan pada gambar 4. 6



Water absorption (%)



5.01 5 4



650



620.37



600



631.76



571.55



550 500 494.78 450 400



3.19 2.76



3



Kekerasan, HV (kgf/mm²)



Pengukuran



0 2.46



2



10



20



30



Komposisi Al₂O₃ (wt%)



Gambar 5. Hubungan antara kekerasan bentonit



1



dan glass bead terhadap penambahan Al2O3. 0 0



10



20



30



Komposisi Al₂O₃ (wt%)



Dari hasil pengujian kekerasan (Hardness Gambar 4. Hubungan antara water absorption bentonit dan glass bead terhadap penambahan Al2O3.



Vickers) pada gambar 5 menunjukkan adanya korelasi berbanding lurus dengan penambahan



Al2O3. Berarti semakin banyak penambahan Al2O3



bentonit dan glass bead menyebabkan nilai



maka keramik campuran bentonit dan glass bead



densitas dan kekerasan cenderung semakin



cenderung bertambah padat, kuat dan keras. Bahan



meningkat sedangkan nilai porositas dan water



keramik yang dibuat memiliki nilai kekerasan



absorption cenderung semakin menurun.



2



antara 494,78 - 631,76 kgf/mm . Berdasarkan hasil penelitian,



2. Kondisi optimum diperoleh pada penambahan maka



nilai



30 wt% Al2O3 yang disinter hanya pada suhu



terbaik dari sampel adalah pada sampel dengan



900⁰C selama 4 jam menghasilkan nilai densitas



penambahan 30 wt% Al2O3, dengan nilai densitas



2,39 gr/cm³, porositas 5,57%, water absorption



3



tertinggi yaitu 2,39 g/cm , nilai porositas 5,57 %,



2,46 %, dan kekerasan 631,76 kgf/mm²



nilai water absorption 2,46 %, dan nilai kekerasan



sehingga sampel berpotensi untuk diaplikasikan



2



tertinggi yaitu 631,76 kgf/mm .



sebagai keramik lantai/ubin.



Berdasarkan hasil ini, sampel berpotensi untuk diaplikasikan sebagai keramik lantai/ubin yang merupakan



jenis



keramik



konstruksi



karena



biasanya keramik berbasis feldspar dan tanah liat banyak digunakan pada industri bahan bangunan. Contohnya adalah keramik lantai/ubin, gerabah, gelas keramik, atap, kaca jendela, batu bata, semen, dan beton. Sifat-sifat fisis keramik lantai/ubin yang ada dipasaran dengan keramik hasil penelitian disajikan pada tabel 10. Karakteristik keramik lantai/ubin yang ada dipasaran berdasarkan SNI ISO 13006 : 2010. Tabel 1. Sifat-sifat fisis keramik lantai/ubin Keramik



Keramik



ubin



hasil



dipasaran



penelitian



2,70 - 2,75



2,39



Porositas (%)



1-5



5,57



Daya serap air (%)



1-3



2,46



> 630



631,76



Sifat Fisis Densitas (g/cm3)



Kekerasan (kgf/mm2)



IV. KESIMPULAN Adapun kesimpulan dari penelitian ini adalah sebagai berikut : 1. Dari hasil pengujian sifat fisis dan mekanis didapati bahwa semakin banyak penambahan Al2O3 dalam pembuatan keramik berbasis



DAFTAR PUSTAKA [1] Astuti, A., 1997. Pengetahuan Keramik. Cetakan Pertama. Universitas Gajah Mada Press. Yogyakarta. [2] Aviantari, M., 2008. Pembuatan dan Penggunaan Bentonite-Zeolite untuk Pemisahan Ion Cu2+ dalam Larutan. [Skripsi]. Bandung: ITB, Program Sarjana. [3] Lovell, A., 2006. Glass Bead Deterioration of Ethnographic Objects: Identification, Prevention, and Treatment. [Thesis]. California: John F.Kennedy University, Master of Arts. [4] Gernot, K., 1988. High-Tech Ceramics. Academic Press. Zurich: 100-118. [5] Lestari, L., Riwasa, R., Susilowati, EP., Sudiana, N.I., 2017. Evolusi Mikrostruktur dari Keramik Paduan Silika (SiO2) dan Alumina (Al2O3). Jurnal Aplikasi Fisika 13 (1): 1-6. Universitas Haluoleo. Kendari. [6] Barsoum, M., 2003. Fundamental of Ceramics. Mc-Graw-Hill International. [7] Sebayang, P., Tetuko, PA., Khaerudini, SD., Muljadi, Ginting, M., 2007. Efek Aditif 3Al2O3.2SiO2 dan Suhu Sintering terhadap Krakteristik Keramik - Al2O3. Jurnal Fisika dan Aplikaisnya 3 (2) : 1 - 6. LIPI. Tangerang.